Phát thải HC và NO

Các thành phần phát thả i HC và NOx theo lượng khí HHO cung cấp được thể hiê ̣n trên Hình 4.21. Trong đó , có thể thấy rằng khi có bổ sung không khí nồng độ phát thải HC được cải thiê ̣n hơn nhưng phát thải NOx tăng so vớ i khi không có bổ sung không khí . Quá trình cháy được cải thiện hơn khi bổ sung thêm không khí đã làm cho phát thải HC giảm , tuy nhiên phát thải NOx

thì tăng lên do nhiệt độ cháy tăng.

4.4 SO SÁNH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM 4.4.1 Đặc tính công suất và suất tiêu hao nhiên liệu 4.4.1 Đặc tính công suất và suất tiêu hao nhiên liệu

Kết quả tính toán của mô phỏng (MP) và thực nghiệm (TN) về công suất , mômen và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ Honda wave khi sử dụng nhiên liệu xăng RON92 và hỗn hợp nhiên liệu xăng RON92 + khí HHO+k.khí, góc đánh lửa sớm ban đầu f = 150gqtk. Giá trị trung bình sai lê ̣ch trong toàn bộ dải tốc độ làm việc ở mọi vị trí bướm ga được thể hiê ̣n ở bảng 4.10. Trong đó, kết quả mô phỏng và thực nghiệm sai lệch không đáng kể.

Bảng 4.10. So sánh độ tăng công suất và độ giảm suất tiêu hao nhiên liệu khi bổ sung khí HHO và không khí (so với động cơ nguyên bản) giữa mô phỏng và thực nghiệm

Vị trí mở bướm ga

Độ tăng công suất

(%) Độ giảm suất tiêu hao nhiên liệu (%)

Mô phỏng (MP) Thực nghiệm (TN) Sai lệch (%) Mô phỏng (MP) Thực nghiệm (TN) Sai lệch (%) 30% 3,59 3,68 2.37 7,51 7,14 4,8 50% 2,94 3,04 3,30 5,55 5,36 3,60 70% 2,30 2,10 9,45 4,70 4,60 2,10 Trung bình 5,04 Trung bình 3,50

4.4.2 Nồng độ phát thải CO, HC và NOx của mô phỏng và thực nghiệm

Các thành phần phát thải CO, HC và NOx có sự sai khác về giá trị tuyệt đối gi ữa mô phỏng và thực nghiệm , về mă ̣t diễn biến thì các thành phần phát thải này là khá tươ ng đồng giữa mô phỏng và thực nghiê ̣m. Sự sai lê ̣ch này ngoài các lý do được đưa ra ở phần thông số tính năng kinh tế – kỹ thuật thì còn do việc lựa chọn các thông số của mô hình tính toán . Sự sai khác về giá trị tuyệt đối có thể chấp nhâ ̣n được.

Bảng 4.11 So sánh độ sai lê ̣ch các thành phần phát thải NOx , CO và HC khi bổ sung không khí và không khí (so với động cơ nguyên bản) giữa mô phỏng và thực nghiê ̣m

Vị trí mở bướm

ga

Độ tăng NOx (%) Độ giảm CO (%) Độ giảm HC (%)

MP TN Sai lệch (%) MP TN Sai lệch (%) MP TN Sai lệch (%) 30% 43,77 40,60 7,81 14,14 13,21 7,05 12,58 11,68 7,64 50% 31,61 29,45 7,32 12,68 11,88 6,69 7,72 7,19 7,38 70% 47,88 44,77 6,97 14,95 14,24 4,99 7,07 6,65 6,29

Trung bình 7,37 Trung bình 6,24 Trung bình 7,11

Như vâ ̣y, sai lê ̣ch trung bình giữa kết quả nghiên cứu thực nghiê ̣m và mô phỏng đối với các thông số tính năng cũng như phát thải của động cơ là phù hợp và phản ánh đúng thực trạng của mô hình tính toán cũng như mô hình thực tế.

4.5 TÍNH TOÁN HIỆU QUẢ KINH TẾ KHI SỬ DỤNG KHÍ HHO

Theo kết quả tính toán giá thành nhiên liệu tiêu hao trên 1 đơn vị công suất trung bình ở mọi giá trị tốc độ, mọi vị trí mở bướm ga khi sử dụng hỗn hợp xăng +HHO tăng thêm 2.400 đồng/kW.h so với trường hợp sử du ̣ng nhiên liê ̣u xăng truyền thống , sử dụng hỗn hợp xăng+HHO+không khí giá thành nhiên liệu tăng 2.300 đồng/kW.h so với trường hợp sử du ̣ng nhiên liê ̣u xăng truyền thống.

Nếu đánh giá lợi ích của viê ̣c giảm các thành phần phát thải CO và HC của đô ̣ng cơ do bổ sung khí HHO và không khí mang la ̣i thì mức tăng về giá thành ở trên là có thể chấp nhâ ̣n được.

Ngoài ra , trong trường hợp tâ ̣n du ̣ng được n guồn năng lượng dư thừa của máy phát điện trên đô ̣ng cơ để sản xuất liên tu ̣c khí HHO thì mức tăng về giá thành ở trên có thể bù đắp mô ̣t cách thỏa đáng. Đây là mô ̣t trong những hướng nghiên cứu tiếp theo của luâ ̣n án.

4.6 KẾT LUẬN CHƢƠNG 4

- Sử dụng nhiên liệu hỗn hợp xăng+HHO, động cơvâ ̣n hành ở các vị trí đô ̣ mở bướm ga 30%, 50% và 70%, tốc độ vòng quay thay đổi từ 3200v/ph đến 7600v/ph công suất, suất tiêu hao nhiên liê ̣u và khí thải được cải thiê ̣n lần lượt như sau:

Công suất tăng: 4,45%; 3,56% và 2,89% Mômen tăng: 4,03%; 3,30% và 2,72%

Suất tiêu hao nhiên liệu giảm: 6,32%; 4,26% và 2,43% Phát thải HC giảm: 7,93%; 5,57% và 4,98%

Phát thải CO2 giảm: 0,59%; 0,48% và 2,26% Phát thải CO tăng: 1,67%; 1,93% và 5,44% Phát thải NOx tăng: 33,10%; 26,90% và 15,50%

- Sử dụng nhiên liệu hỗn hợp xăng+HHO+không khí, động cơvâ ̣n hành ở các vị trí đô ̣ mở bướm ga 30%, 50% và 70%, tốc đô ̣ vòng quay thay đổi từ 3200v/ph đến 7600v/ph, đã giúp hê ̣ số bướm ga 30%, 50% và 70%, tốc đô ̣ vòng quay thay đổi từ 3200v/ph đến 7600v/ph, đã giúp hê ̣ số dư lươ ̣ng không khí tăng lần lượt là 2,30%; 3,56% và 2,03%, qua đó cải thiê ̣n được các tính năng kinh tế - kỹ thuật như:

Công suất tăng: 3,68%; 3,04% và 2,10% Mômen tăng: 3,48%; 2,91% và 2,07%

Suất tiêu hao nhiên liệu giảm: 7,14%; 5,36% và 4,60% Phát thải HC giảm: 11,68%; 7,19% và 6,65%

Phát thải CO giảm: 13,21%; 11,88% và 14,24% Phát thải CO2 tăng: 6,53%; 5,80% và 3,04% Phát thải NOx tăng: 40,60%; 29,45% và 44,77%

Tóm lại, đối vớ i đối tươ ̣ng đô ̣ng cơ xe máy sử du ̣ng bộ chế hòa khí , mục tiêu giảm suất tiêu hao nhiên liệu và giảm các thành phần phát thải CO , HC ra môi trường đa ̣t đươ ̣c mô ̣t cách hiê ̣u quả nhất thông qua giải pháp cung cấp khí HHO có bổ sung không khí (HHO+k.khí) cho đô ̣ng cơ.

- Kết quả so sánh giữa mô phỏng và thực nghiệm sai lệch nhau không đáng kể . Mứ c sai lê ̣ch cực đa ̣i giữa mô phỏng và thực nghiê ̣m đối với các thông số tính năng là 5,04%, trong khi giá trị này là 7,37% đối với các thành phần phát thải . Điều này cho thấy khi sử dụng phần mềm AVL-Boost làm cơ sở tính toán các đặc tính kỹ thuật củ a động cơ Honda wave khi sử dụng hỗn hợp xăng+khí HHO+k.khí là hoàn toàn hợp lý . Bên ca ̣nh đó , còn khẳng định tính xác thực của mô hình tính và đô ̣ tin câ ̣y của kết quả nghiên cứu.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

5.1 KẾT LUẬN

Luâ ̣n án đã xây dựng thành công mô ̣t mô hình tính toán sự thay đổi tính năng kỹ thuật cho động cơ xe máy dùng chế hòa khí có bổ sung khí HHO và không khí trên cơ sở các lý thuyết về hỗn hơ ̣p nhiên liê ̣u, hình thành hỗn hợp , cháy và hình thành các thành phần phát thải trong động cơ đốt cháy cưỡng bức. Mô ̣t mô hình mô phỏng nhiê ̣t đô ̣ng ho ̣c và chu trình công tác của đô ̣ng cơ đã được thiết lâ ̣p trên phần mềm chuyên dụng AVL -Boost nhằm đánh giá ảnh hưởng của viê ̣c cung cấp khí HHO và không khí đến các thông số như tốc đô ̣ tỏa nhiê ̣t , đă ̣c tính áp suất, nhiê ̣t đô ̣ trong xylanh, hiệu suất nhiê ̣t, công suất, suất tiêu hao nhiên liê ̣u và phát thải.

Tỷ lệ kh ối lượng khí HHO trung bình cung cấp cho mỗi chu trình công tác của động cơ thử nghiệm đươ ̣c đề xuất chiếm 0,65% tổng khối lượng hỗn hợp không khí và nhiên liê ̣u xăng , hoă ̣c chiếm khoảng 3% tổng năng lượng cung cấp cho chu trình . Tỷ lệ này đảm bảo cải thiện các tính năng kỹ thuật của động cơ là tốt nhất.

Đặc tính kỹ thuật của động cơ thử nghiệm khi cung cấp khí HHO được cải thiện hơn ở tất cả các chế độ thử nghiệm so với khi sử dụng nhiên liệu xăn g truyền thống . Nếu cung cấp khí HHO và bổ sung thêm không khí đối với đô ̣ng cơ xe máy Honda wave thì các thành phần phát thải CO và HC đồng thời được cải thiện rõ rệt nhờ hỗn hợp nhạt hơn. Sự thay đổi rõ nét nhất được thể hiện ở chế độ tải thấp (30% đô ̣ mở bướm ga tương ứng 36 km/h) với mức cải thiện lần lươ ̣t công suất tăng 3,68%, mômen tăng 3,48% và suất tiêu hao nhiên liệu giảm 7,14%. Thành phần phát thải HC, CO giảm trung bình 11,68%, 13,21% (ở chế độ 30% độ mở bướm ga) và phát thải CO giảm trung bình là 14,24% (ở chế độ 70% độ mở bướm ga tương ứng 84 km/h). Tuy nhiên, thành phần phát thải NOx tăng trung bình là 40,60% ở chế độ 30% độ mở bướm ga và tăng tới 44,77% ở chế độ 70% độ mở bướm ga do nhiê ̣t đô ̣ cháy tăng.

Các kết quả nghiên cứu thực nghiê ̣m và lý thuyết về tính năng kỹ thuâ ̣t của đô ̣ng cơ có sai lệch không đáng kể cho thấy sự phù hợp của mô hình nghiên cứu và đô ̣ tin câ ̣y của các dữ liê ̣u trong luâ ̣n án.

Luận án đã góp phần mở ra mô ̣t triển vo ̣ng mới trong viê ̣c sử du ̣ng nhiên liê ̣u hóa tha ̣ch mô ̣t cách hiê ̣u quả và giảm ô nhiễm môi trường thông qua việc bổ sung khí HHO vào đường nạp của động cơ và vận hành động cơ ở chế độ hỗn hợp nhạt . Đây là mô ̣t giải pháp có tính thực tiễn và có thể ứng du ̣ng trên nhiều loa ̣i đô ̣ng cơ xe máy dùng chế hòa khí khác nhau.

Luận án đã chế tạo thành công hê ̣ thống sản xuất khí HHO bằng phương pháp điê ̣n phân nước nhằm chủ đô ̣ng nguồn khí HHO cung cấp cho đô ̣ng cơ . Hê ̣ thống này có khả năng sản xuất khí HHO với lưu lượng là 0,66 lít/phút. Ngoài ra, luận án cũng chế tạo mô ̣t số ma ̣ch điều khiển điê ̣n tử kết nối với máy tính nhằm đảm bảo tính an toàn và chống cháy ngược khi cung cấp khí HHO từ bình chứa vào đường nạp của động cơ xe máy sử dụng bộ chế hòa khí.

5.2 KIẾN NGHỊ

Trong thời gian tới, các nghiên cứu cung cấp khí HHO cho động cơ có thể tiếp tục theo các hướng sau:

- Nghiên cứu chế tạo bộ điều khiển thời điểm đánh lửa tối ưu ứng với lưu lượng khí HHO bổ sung, vị trí bướm ga và tốc độ động cơ để đảm bảo khả năng tận dụng được tối đa năng lượng sinh ra của quá trình cháy cho quá trình sinh công.

- Thiết kế và chế tạo hệ thống cung cấp khí HHO cho các loại động cơ khác như động cơ xe máy, động cơ ô tô phun xăng điện tử.

- Nghiên cứu thiết kế và chế ta ̣o hê ̣ thống sản xuất khí HHO nhỏ gọn có công suất cao , an toàn và có thể lắp lên động cơ của phương tiện giao thông vận tải và cung cấp liên tục khí HHO cho đô ̣ng cơ.

- Nghiên cứu các giải pháp giảm phát thải NOx cho động cơ khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu xăng+ khí HHO.

- Nghiên cứu và đánh giá đầy đủ về tác đô ̣ng của viê ̣c sử du ̣ng khí HHO đến dầu bôi trơn , đô ̣ bền cũng như tuổi tho ̣ của đô ̣ng cơ và nghiên cứu sử dụng khí HHO cho các loại động cơ khác như đô ̣ng cơ diesel.

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

1. Cao Văn Tài, Lê Anh Tuấn, Triệu Tiến Chuẩn, Nguyễn Đức Khánh, “Nghiên cứu mô phỏng trên AVL Boost tính năng của động cơ xe má y khi bổ sung khí HHO vào đường nạp”. Tạp chí giao thông vận tải số 8/2012.

2. Cao Văn Tài, Lê Anh Tuấn, Nguyễn Văn Nhận, “ Nghiên cứu chế tạo thiết bị sản xuất khí HHO từ nước và thực nghiê ̣m cung cấp khí HHO cho động cơ Honda 97cc”. Tạp chí Khoa học-công nghệ thủy sản số 3/2012.

3. PGS. TS Lê Anh Tuấn, TS Phạm Hữu Tuyến, ThS. Cao Văn Tài, ThS. Nguyễn Duy Vinh, KS. Nguyễn Duy Tiến,“Nghiên cứu nâng cao tính kinh tế nhiên liệu và giảm phát thải độc hại cho động cơ xăng bằng cách cung cấp hỗn hợp khí giàu hyđrô cho động cơ”, thuộc chương trình: Nghiên cứu ứng dụng và phát triển công nghệ năng lượng, Mã sốKC.05/11-5.

4. Le Anh Tuan, Nguyen Duc Khanh, Cao Van Tai, “Simulation Study on Potential Addition of HHO Gas In a Motorcycle Engine Using AVL-Boost”, kỷ yếu Hội nghị khu vực lần 4 về năng lượng và năng lượng tái tạo. HCM - 10/2011.

5. Tuan Le Anh, Khanh Nguyen Duc, Huong Tran Thi Thu and Tai Cao Van “ Improving Performance and Reducing Pollution Emissions of a Carburetor Gasoline Engine by Adding HHO Gas into the Intake Manifold”. SAE Internationl, 3013-01-0104, TSAE-13AP-0104.